(57)【要約】【課題】積層欠陥などが入ることがない状態で、光伝搬損失が抑制されたシリコン光導波路を形成できるようにする。【解決手段】反応性ドライエッチングによりＳＯＩ層１０３をエッチングしてシリコン細線１０７を形成した後、マスクパターン１０６によりシリコン細線１０７の上面が覆われている状態で、過酸化水素水とフッ化アンモニウム液とを混合したエッチング液によるウエットエッチングで、シリコン細線１０７の側面を２０ｎｍ程度エッチングし、シリコンコア１０８を形成する。【選択図】  図１
2005157210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に埋め込み酸化層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板を用意し、前記シリコン層の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上に所定の方向に延在するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記絶縁膜をエッチングしてマスクパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを除去した後、前記マスクパターンをマスクとし、垂直異方性を有するドライエッチング法により前記シリコン層をエッチングしてシリコン細線を形成する工程と、
ウエットエッチングにより前記シリコン細線の露出した側面を所定量エッチングしてシリコンコアを形成する工程と、
前記マスクパターンを除去した後、前記シリコンコアを覆うように上部クラッド層を形成する工程と
を少なくとも備え、
前記ウエットエッチングは、酸化シリコンに対するエッチング速度よりシリコンに対するエッチング速度の方が大きく、エッチング速度がシリコンの結晶面方位に依存しないエッチング液により行う
ことを特徴とするシリコン光導波路の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のシリコン光導波路の製造方法において、
前記エッチング液は、フッ化アンモニウム液と過酸化水素水との混合液から構成されたものである
ことを特徴とするシリコン光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンによる細線からなるシリコンコアを備えたシリコン光導波路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光エレクトロニクス技術の進歩はめざましいものがあり、シリコンを用いたコアの断面の寸法を５００ｎｍ以下とし、曲げ半径も数μｍを可能とした光波長１．５μｍ帯の光導波路が開発されている。このようなシリコン光導波路は、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸化窒化膜などのシリコン系絶縁膜をクラッドとして用いている。
この光導波路により、微小な光集積回路の形成を可能としている。また、シリコンは電子デバイスにも用いられている半導体材料であり、上記光導波路と電子デバイスを組み合わせたオプトエレクトロニクスデバイスの開発も検討されている。
【０００３】
ところで、上述したシリコン光導波路は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を利用し、ＳＯＩ層を微細加工することで製造される場合が多い。この微細加工では、よく知られているように、反応性イオンエッチングにより、酸化膜などをマスクパターンとしてＳＯＩ層をエッチングしている。ところが、このようなエッチングで形成されるコアの側面には微細な凹凸が形成され、伝搬損失を大きくするという問題があった。すなわち、上記シリコン光導波路では、コアとクラッドとの屈折率差が大きいため、コアの表面に微細な凹凸があると、微細な凹凸により導波する光が散乱されるために伝搬損失が大きくなり、上述した問題が生じる。
【０００４】
上述したような問題を解消する技術として、シリコンコアの側面を酸化する方法（非特許文献１）が検討されている。
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【非特許文献１】Daniel K Sparacin, Kazumi Wada,  Lionel C. Kimerling, "Oxidation Kinetics of Waveguide Roughness Minimization in Silicon Microphotonics", Technical Digest of Integrated Photonics Research, pp.129-131, Optical Society of America Topical Meetings (June 16-18,2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した加工方法では、シリコンコアの側面を酸化する工程において、シリコンコアの中に酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）が導入されやすいという問題があった（非特許文献：半導体シリコン結晶工学  著者：志村史夫、発行所：丸善株式会社）。シリコンコアの断面寸法は、１μｍ以下と微小なため、上述したように積層欠陥が導入されると、導入された積層欠陥が容易にシリコンコアを貫通し、シリコンコアにクラックを形成する場合がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、積層欠陥などが入ることがない状態で、光伝搬損失が抑制されたシリコン光導波路を形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るシリコン光導波路の製造方法は、基板の上に埋め込み酸化層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板を用意し、シリコン層の上に酸化シリコンからなる絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上に所定の方向に延在するレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして絶縁膜をエッチングしてマスクパターンを形成する工程と、レジストパターンを除去した後、マスクパターンをマスクとし、垂直異方性を有するドライエッチング法によりシリコン層をエッチングしてシリコン細線を形成する工程と、ウエットエッチングによりシリコン細線の露出した側面を所定量エッチングしてシリコンコアを形成する工程と、マスクパターンを除去した後、シリコンコアを覆うように上部クラッド層を形成する工程とを少なくとも備え、ウエットエッチングは、酸化シリコンに対するエッチング速度よりシリコンに対するエッチング速度の方が大きく、エッチング速度がシリコンの結晶面方位に依存しないエッチング液で行うようにしたものである。
【０００８】
この製造方法によれば、埋め込み酸化層を下部クラッド層としてこの上にシリコンコアが形成され、下面は下部クラッド層に覆われ、上面はマスクパターンに覆われた状態で、ドライエッチングによりシリコンコアが形成され、ドライエッチングにさらされたシリコンコアの側面は、ウエットエッチングにより所定量エッチングされる。
上記シリコン光導波路の製造方法において、エッチング液は、フッ化アンモニウム液と過酸化水素水との混合液から構成されたものを用いればよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、ドライエッチングにさらされたシリコンコアの側面を、ウエットエッチングにより所定量エッチングするようにしたので、シリコンコアの側面は平滑化された状態となり、積層欠陥などが入ることがない状態で、光伝搬損失が抑制されたシリコン光導波路を形成できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１、２は、本発明の実施の形態における光導波路の製造方法例を示す工程図である。図１、２は、各工程における断面を概略的に示す模式的な断面図である。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１００を構成するＳＯＩ層１０３の上に絶縁膜１０４が形成された状態とする。ＳＯＩ基板１００は、単結晶シリコンからなる基板部１０１と、この上に形成された例えば酸化シリコンからなる埋め込み酸化層１０２と、この上に形成された単結晶シリコンからなる膜厚５００ｎｍ程度のＳＯＩ層１０３とから構成されたものである。このように構成されたＳＯＩ基板１００の上に、例えばＣＶＤ法によりＳｉＯ2を堆積することで、絶縁膜１０４が形成された状態とすることができる。絶縁膜１０４は、例えば、膜厚５０ｎｍ程度に形成されていればよい。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜１０４の上に、所定の方向に延在するライン状のレジストパターン１０５が形成された状態とする。レジストパターン１０５は、公知のリソグラフィー技術により形成すればよい。
次に、レジストパターン１０５をマスクとして下層の絶縁膜１０４を選択的にエッチング除去し、図１（ｃ）に示すように、マスクパターン１０６が形成された状態とする。例えば、反応性イオンエッチングなどの垂直異方性を有するドライエッチング法を用いることで、マスクパターン１０６が形成された状態とすればよい。
【００１３】
次に、レジストパターン１０５を除去した後、マスクパターン１０６をマスクとして下層のＳＯＩ層１０３を選択的にエッチング除去し、図１（ｄ）に示すように、シリコン細線１０７が形成された状態とする。このエッチングにおいても、例えば、反応性イオンエッチングなどの垂直異方性を有するドライエッチング法を用いればよい。このようなドライエッチングにより、断面がほぼ矩形の状態にシリコン細線１０７が形成できる。シリコン細線１０７は、光集積回路を構成する光導波路のコアとなる部分である。
【００１４】
次に、マスクパターン１０６によりシリコン細線１０７の上面が覆われている状態で、酸化シリコンに対するエッチング速度よりシリコンに対するエッチング速度の方が大きく、エッチング速度がシリコンの結晶面方位に依存しないエッチング液によるウエットエッチングで、シリコン細線１０７の側面を所定量エッチングする。このことにより、図１（ｅ）に示すように、側面が平滑化されたシリコンコア１０８が形成された状態とする。
【００１５】
例えば、過酸化水素水（３０ｗｔ％）とフッ化アンモニウム液（フッ化アンモニウムの水溶液：４０ｗｔ％）とを混合したエッチング液によるウエットエッチングで、シリコン細線１０７の側面を２０ｎｍ程度エッチングし、シリコンコア１０８が形成された状態とする。上記エッチング液は、過酸化水素水３に対してフッ化アンモニウム液２を混合したものとすればよい。このエッチング液により、酸化シリコンもエッチングされるが、酸化シリコンエッチング量は、膜厚で２ｎｍ程度であり、ほぼ無視できる量である。
【００１６】
図３に示すように、上記エッチング液中の過酸化水素水の比率を大きくすることで、酸化シリコンに対するシリコンのエッチング速度比を大きくすることができる。このエッチング速度比を大きくすることで、マスクパターン１０６及び埋め込み酸化層１０２により上面及び下面を保護された状態で、シリコン細線１０７の側面だけをエッチングすることが可能となる。
【００１７】
上記ウエットエッチングは、エッチング速度がシリコンの結晶面方位に依存せずに等方的に作用するため、ドライエッチングにより形成された側面の微細な凹凸が、平滑化されるようになる。
従って、コア１０８の側面は、微細な凹凸などがなく平滑化された状態に形成される。
【００１８】
最後に、マスクパターン１０６を除去した後、図２（ｆ）に示すように、埋め込み酸化層１０２の上に上部クラッド層１０９を形成し、上部クラッド層１０９によりコア１０８が埋め込まれた状態とする。上部クラッド層１０９は、例えば、酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどから構成すればよい。上部クラッド層１０９を形成することで、上下をクラッドに覆われたコア１０８からなる光導波路が形成された状態となる。
【００１９】
上述したように、本実施の形態によれば、ドライエッチングにより形成されたシリコン細線１０７の側面の微細な凹凸を、ウエットエッチングにより平滑化するようにした。この結果、コア１０８の側面は平滑化された状態となり、コア１０８による光導波路では、コア表面の微細な凹凸による伝搬損失が、抑制された状態となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態における光導波路の製造方法例を示す工程図である
【図２】本発明の実施の形態における光導波路の製造方法例を示す工程図である
【図３】エッチング液中の各成分の比率と、酸化シリコンに対するシリコンのエッチング速度比との相関を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００…ＳＯＩ基板、１０１…基板部、１０２…埋め込み酸化層、１０３…ＳＯＩ層、１０４…絶縁膜、１０５…レジストパターン、１０６…マスクパターン、１０７…シリコン細線、１０８…シリコンコア、１０９…上部クラッド層。
【図１】
2005157210.tif 000003
【図２】
2005157210.tif 000004
【図３】
2005157210.tif 000005